JP4011332B2 - 面合わせ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面合わせ装置、特に光部品組立工程においての面合わせに適した面合わせ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザーダイオードと光ファイバー、或いはフォトダイオードと光ファイバーの構成による光部品モジュールの組立において、構成部品のそれぞれの光軸を一致させて出力の損失を最小限に抑えるように、信頼性のある面合わせ及び固定を行うことが重要となる。そのために高精度な面合わせを行い、構成部品を保持した状態においてＹＡＧレーザーを使用して、構成部品を溶着固定する。
【０００３】
従来の面合わせ装置として、例えば、特開平９−１１３７６６号公報に示された面合わせ装置がある。図１は、この面合わせ装置の概略を示し、１は例えば光ファイバー１ａの端末部（以下、第１光学部材）、２は例えばレーザーダイオード（以下、第２光学部材）である。第１光学部材１はＺ軸方向に微動するステージ（不図示）に取り付けられている。３は第２光学部材２を固定する鉄製で半球状のホルダである。４は正三角形の頂点に位置する３つの支持台であり、ホルダ３が載置される。５は支持台ベースであり、この支持台ベース５に３つの支持台４が固定されている。６は磁力手段としての板状の永久磁石であり、支持台ベース５の上面に埋め込まれている。
【０００４】
次に動作を説明する。面合わせを行おうとする第１光学部材１の先端の水平面に対して垂直な軸をＺ軸とする。Ｚ軸方向に微動するステージに取り付けられた第１光学部材１を垂直に降下させて面合わせを実施する。このとき、始めに接触した点に押しつけ荷重が加わり、ホルダ３を水平にする方向のモーメント（回転力）が発生する。この回転力がホルダ３と支持台４の間の点接触における小さな滑り摩擦抵抗に抗してホルダ３を回転させ、第１光学部材１の先端の水平面に第２光学部材２の面が矯正されるようにして第１光学部材１と第２光学部材２の面合わせが実現する。この状態が永久磁石６の磁力によって保持される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の面合わせ装置は、以下の問題を有する。
（１） 面合わせを実施するときに発生するホルダ３の回転力は、ホルダ３と支持台４の点接触における滑り摩擦抵抗に抗さなければならないが、この摩擦抵抗力は小さければ小さいほど良い。
（２） ホルダ３と支持台４の接触面は、滑り摩擦抵抗を小さくするために、高精度な表面粗さの精密加工を施す必要がある。
（３） 第１光学部材１と第２光学部材２の押しつけ荷重は、第１光学部材１を取り付けているＺ軸方向に微動するステージの移動距離によって決まる構造だが、各光学部材とそれを支持している装置部材が機械的に結合固定されているために、移動距離の制御がむずかしい。移動距離が少なければ各光学部材の当接面に隙間が生じてしまい十分な押しつけ荷重が得られず面合わせが不可能になる。移動距離が多ければ各光学部材に大きな歪み荷重が加わることになり、最悪の場合、各光学部材を破壊してしまう。
（４） 面合わせ実施後、ＹＡＧレーザーを使用して第１光学部材１と第２光学部材２を溶着固定するが、溶着の際に発生する光学部材の熱収縮による部材同士の位置ずれを防ぐために、ホルダ３を強固に保持固定する必要がある。しかしそのために永久磁石６の磁力を強力にすると、ホルダ３と支持台４の滑り摩擦抵抗が大きくなってしまう不具合が生じてしまう。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、面合わせを実施する際の第２光学部材２を支持する装置部材が可能な限り小さい摩擦抵抗で回転する装置を実現することにある。本発明の他の目的は、小さい押しつけ荷重によって面合わせが実現することが可能であり、また、各光学部材に機械的な歪みをあたえるような荷重を最小限に抑えることにある。更に、本発明の他の目的は、各光学部材を溶着固定する際、各光学部材同士の位置ずれを防ぐことにより、信頼性のある光部品モジュールを供給できる装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を実現するために、以下の５項目の手段を備える構成にしている。
（１）第１光学部材を支持しながら第１軸の方向に移動する移動手段。
（２）第２光学部材を支持して前記第１軸上の任意点を中心として球回転する、少なくとも固定手段との当接面が球面状の治具手段。
（３）前記第１光学部材が前記第１軸の方向に移動して前記第２光学部材に当接するとき、前記治具手段の球面状の部位を３点で支持し前記治具手段を球回転させながら支持する支持手段。
（４）前記第１光学部材が前記第１軸の方向に移動して前記第２光学部材に当接するとき、前記支持手段が前記第１軸の方向に可動する直動ガイド部材と、かつ前記第１光学部材と前記第２光学部材が当接する圧力を発生させる弾性部材を備えたガイド手段。
（５）前記第１光学部材が前記第１軸の方向に移動して前記第２光学部材に当接するときに前記治具手段が球回転することにより前記第１光学部材と前記第２光学部材の当接面が整合した状態で、前記治具手段を保持する固定手段。
更に、（３）の支持手段は、ボールブッシュを前記第１軸と交わる平面上にかつ前記第１軸を中心に持つ正三角形に配置することとしている。
更に、（４）のガイド手段は、前記第１光学部材が前記第１軸の方向に移動して前記第２光学部材と当接し、さらに前記第１光学部材が移動した場合、前記治具手段を支持した前記支持手段が前記第１軸の方向に、前記弾性部材の圧力方向に逆らいながら前記直動ガイド部材をガイドとして移動することとしている。
【０００８】
この構成によれば、小さな押しつけ荷重においても、ボールブッシュによる極めて小さな転がり摩擦抵抗により面合わせを行うことができ、また、各光学部材に歪みをあたえることはなく、また、各光学部材同士の位置ずれを防ぐことが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の面合わせ装置の実施の一形態を示す斜視図である。１，２は第１及び第２光学部材、１ａは第１光学部材１に接続された光ファイバーである。第１光学部材１はＺ軸方向に微動するステージ（不図示）に取り付けられている。１３は第２光学部材２（例えば、レーザーダイオード）を固定する半球状の治具手段である。１４はボールブッシュを正三角形に配置した支持手段であり、治具手段１３が載置される。１４ａはボールブッシュである。１５は直動ガイド部材（例えば、ボールブッシュ）と弾性部材（例えば、圧縮バネ）を備えたガイド手段であり、支持手段１４を支持している。１６は固定手段（例えばエアチャック）であり、治具手段１３を保持・固定する。
【００１０】
図３は支持手段１４に使用するボールブッシュ１４ａの構造を示した図である。２１はシャフト、２２は可動部、２３はリテーナ、２４はボールである。ボール２４はリテーナ２３に保持されている。可動部２２はボール２４との転がり点接触により、極めて小さな荷重にて軸方向の直線運動と回転運動が可能である。
【００１１】
図４は本装置の構造を示す平面図である。３本のボールブッシュ１４ａは、第１、第２光学部材の取り付け中心軸を中心にもつ正三角形の各辺に配置する。ボールブッシュ１４ａの可動部２２は、治具手段１３を載置する以前の状態では、常に各辺の中央部にあることが望ましい。１４ｂは弾性部材（例えば、板バネ）を示し、この弾性部材１４ｂの作用によって、ボールブッシュの可動部は各辺の中央部に保持される。また、固定手段１６は固定時の固定中心を、ボールブッシュを配置した正三角形の中心と一致させる。
【００１２】
次に図２の構成の動作について説明する。図５は本発明の動作を示す説明図で、（Ａ）は面合わせ前の状態を示し、（Ｂ）は面合わせ後の状態を示す。図５の（Ａ）において、第２光学部材２は治具手段１３に固定されており、治具手段１３は支持手段１４に載置されている。この時、治具手段１３は支持手段１４の水平面に対して傾いている。ここで、Ｚ軸方向に動作するステージに取り付けられた第１光学部材１を垂直に降下させて面合わせを実施する。
【００１３】
このとき、始めに接触した点に押しつけ荷重が加わり、治具手段１３を水平にする方向のモーメント（回転力）が発生する。この回転力が治具手段１３を支持しているボールブッシュ１４ａの転がり点接触における極めて小さな転がり摩擦抵抗に抗して治具手段１３を回転させ、第１光学部材１の先端の平面に第２光学部材２の面が矯正されるようにして第１光学部材１と第２光学部材２の面合わせが実現する。同時に支持手段１４がＺ軸方向に移動して、各光学部材にあたえる歪み荷重を抑える。このようにして、図５（Ｂ）に示した面合わせの状態が得られ、この状態が固定手段１６によって保持・固定される。この状態でＹＡＧレーザー（不図示）を使用し、第１光学部材１と第２光学部材２を溶着固定する。
【００１４】
以上の実施の形態においては、治具手段１３は半球状としたが、支持手段１４のボールブッシュに接する可能性のある部分、及び、固定手段１６に接する可能性のある部分が、部分的に球形面を有している形状でもよい。
【００１５】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果が得られる。
（１） ボールブッシュによる極めて小さな転がり摩擦抵抗により、小さな押しつけ荷重にて面合わせが可能となり、治具手段を機械的に固定するため、溶着固定の際の各光学部材同士の位置ずれを防ぐことができる。
（２） ボールブッシュという汎用部品を使用することと、滑り摩擦でないために高精度な表面粗さの精密加工を施す必要がなく、装置製作が容易になる。
（３） 治具手段を載置した支持手段がＺ軸方向に移動することにより、各光学部材に歪みをあたえる荷重を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の面合わせ装置を示す説明図。
【図２】本発明による面合わせ装置の実施の一形態を示す斜視図。
【図３】ボールブッシュの構造を示す説明図。
【図４】本発明による面合わせ装置の実施の一形態を示す平面図。
【図５】本発明の動作を示し、（Ａ）は面合わせ前の状態を示し、（Ｂ）は面合わせ後の状態を示す説明図。
【符号の説明】
１ 第１光学部材
１ａ 光ファイバー
２ 第２光学部材
３ ホルダ
４ 支持台
５ 支持台ベース
６ 永久磁石
１３ 治具手段
１４ 支持手段
１４ａ ボールブッシュ
１４ｂ 弾性部材
１５ ガイド手段
１６ 固定手段
２１ シャフト
２２ 可動部
２３ リテーナ
２４ ボール
【発明の属する技術分野】
本発明は、面合わせ装置、特に光部品組立工程においての面合わせに適した面合わせ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザーダイオードと光ファイバー、或いはフォトダイオードと光ファイバーの構成による光部品モジュールの組立において、構成部品のそれぞれの光軸を一致させて出力の損失を最小限に抑えるように、信頼性のある面合わせ及び固定を行うことが重要となる。そのために高精度な面合わせを行い、構成部品を保持した状態においてＹＡＧレーザーを使用して、構成部品を溶着固定する。
【０００３】
従来の面合わせ装置として、例えば、特開平９−１１３７６６号公報に示された面合わせ装置がある。図１は、この面合わせ装置の概略を示し、１は例えば光ファイバー１ａの端末部（以下、第１光学部材）、２は例えばレーザーダイオード（以下、第２光学部材）である。第１光学部材１はＺ軸方向に微動するステージ（不図示）に取り付けられている。３は第２光学部材２を固定する鉄製で半球状のホルダである。４は正三角形の頂点に位置する３つの支持台であり、ホルダ３が載置される。５は支持台ベースであり、この支持台ベース５に３つの支持台４が固定されている。６は磁力手段としての板状の永久磁石であり、支持台ベース５の上面に埋め込まれている。
【０００４】
次に動作を説明する。面合わせを行おうとする第１光学部材１の先端の水平面に対して垂直な軸をＺ軸とする。Ｚ軸方向に微動するステージに取り付けられた第１光学部材１を垂直に降下させて面合わせを実施する。このとき、始めに接触した点に押しつけ荷重が加わり、ホルダ３を水平にする方向のモーメント（回転力）が発生する。この回転力がホルダ３と支持台４の間の点接触における小さな滑り摩擦抵抗に抗してホルダ３を回転させ、第１光学部材１の先端の水平面に第２光学部材２の面が矯正されるようにして第１光学部材１と第２光学部材２の面合わせが実現する。この状態が永久磁石６の磁力によって保持される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の面合わせ装置は、以下の問題を有する。
（１） 面合わせを実施するときに発生するホルダ３の回転力は、ホルダ３と支持台４の点接触における滑り摩擦抵抗に抗さなければならないが、この摩擦抵抗力は小さければ小さいほど良い。
（２） ホルダ３と支持台４の接触面は、滑り摩擦抵抗を小さくするために、高精度な表面粗さの精密加工を施す必要がある。
（３） 第１光学部材１と第２光学部材２の押しつけ荷重は、第１光学部材１を取り付けているＺ軸方向に微動するステージの移動距離によって決まる構造だが、各光学部材とそれを支持している装置部材が機械的に結合固定されているために、移動距離の制御がむずかしい。移動距離が少なければ各光学部材の当接面に隙間が生じてしまい十分な押しつけ荷重が得られず面合わせが不可能になる。移動距離が多ければ各光学部材に大きな歪み荷重が加わることになり、最悪の場合、各光学部材を破壊してしまう。
（４） 面合わせ実施後、ＹＡＧレーザーを使用して第１光学部材１と第２光学部材２を溶着固定するが、溶着の際に発生する光学部材の熱収縮による部材同士の位置ずれを防ぐために、ホルダ３を強固に保持固定する必要がある。しかしそのために永久磁石６の磁力を強力にすると、ホルダ３と支持台４の滑り摩擦抵抗が大きくなってしまう不具合が生じてしまう。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、面合わせを実施する際の第２光学部材２を支持する装置部材が可能な限り小さい摩擦抵抗で回転する装置を実現することにある。本発明の他の目的は、小さい押しつけ荷重によって面合わせが実現することが可能であり、また、各光学部材に機械的な歪みをあたえるような荷重を最小限に抑えることにある。更に、本発明の他の目的は、各光学部材を溶着固定する際、各光学部材同士の位置ずれを防ぐことにより、信頼性のある光部品モジュールを供給できる装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を実現するために、以下の５項目の手段を備える構成にしている。
（１）第１光学部材を支持しながら第１軸の方向に移動する移動手段。
（２）第２光学部材を支持して前記第１軸上の任意点を中心として球回転する、少なくとも固定手段との当接面が球面状の治具手段。
（３）前記第１光学部材が前記第１軸の方向に移動して前記第２光学部材に当接するとき、前記治具手段の球面状の部位を３点で支持し前記治具手段を球回転させながら支持する支持手段。
（４）前記第１光学部材が前記第１軸の方向に移動して前記第２光学部材に当接するとき、前記支持手段が前記第１軸の方向に可動する直動ガイド部材と、かつ前記第１光学部材と前記第２光学部材が当接する圧力を発生させる弾性部材を備えたガイド手段。
（５）前記第１光学部材が前記第１軸の方向に移動して前記第２光学部材に当接するときに前記治具手段が球回転することにより前記第１光学部材と前記第２光学部材の当接面が整合した状態で、前記治具手段を保持する固定手段。
更に、（３）の支持手段は、ボールブッシュを前記第１軸と交わる平面上にかつ前記第１軸を中心に持つ正三角形に配置することとしている。
更に、（４）のガイド手段は、前記第１光学部材が前記第１軸の方向に移動して前記第２光学部材と当接し、さらに前記第１光学部材が移動した場合、前記治具手段を支持した前記支持手段が前記第１軸の方向に、前記弾性部材の圧力方向に逆らいながら前記直動ガイド部材をガイドとして移動することとしている。
【０００８】
この構成によれば、小さな押しつけ荷重においても、ボールブッシュによる極めて小さな転がり摩擦抵抗により面合わせを行うことができ、また、各光学部材に歪みをあたえることはなく、また、各光学部材同士の位置ずれを防ぐことが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の面合わせ装置の実施の一形態を示す斜視図である。１，２は第１及び第２光学部材、１ａは第１光学部材１に接続された光ファイバーである。第１光学部材１はＺ軸方向に微動するステージ（不図示）に取り付けられている。１３は第２光学部材２（例えば、レーザーダイオード）を固定する半球状の治具手段である。１４はボールブッシュを正三角形に配置した支持手段であり、治具手段１３が載置される。１４ａはボールブッシュである。１５は直動ガイド部材（例えば、ボールブッシュ）と弾性部材（例えば、圧縮バネ）を備えたガイド手段であり、支持手段１４を支持している。１６は固定手段（例えばエアチャック）であり、治具手段１３を保持・固定する。
【００１０】
図３は支持手段１４に使用するボールブッシュ１４ａの構造を示した図である。２１はシャフト、２２は可動部、２３はリテーナ、２４はボールである。ボール２４はリテーナ２３に保持されている。可動部２２はボール２４との転がり点接触により、極めて小さな荷重にて軸方向の直線運動と回転運動が可能である。
【００１１】
図４は本装置の構造を示す平面図である。３本のボールブッシュ１４ａは、第１、第２光学部材の取り付け中心軸を中心にもつ正三角形の各辺に配置する。ボールブッシュ１４ａの可動部２２は、治具手段１３を載置する以前の状態では、常に各辺の中央部にあることが望ましい。１４ｂは弾性部材（例えば、板バネ）を示し、この弾性部材１４ｂの作用によって、ボールブッシュの可動部は各辺の中央部に保持される。また、固定手段１６は固定時の固定中心を、ボールブッシュを配置した正三角形の中心と一致させる。
【００１２】
次に図２の構成の動作について説明する。図５は本発明の動作を示す説明図で、（Ａ）は面合わせ前の状態を示し、（Ｂ）は面合わせ後の状態を示す。図５の（Ａ）において、第２光学部材２は治具手段１３に固定されており、治具手段１３は支持手段１４に載置されている。この時、治具手段１３は支持手段１４の水平面に対して傾いている。ここで、Ｚ軸方向に動作するステージに取り付けられた第１光学部材１を垂直に降下させて面合わせを実施する。
【００１３】
このとき、始めに接触した点に押しつけ荷重が加わり、治具手段１３を水平にする方向のモーメント（回転力）が発生する。この回転力が治具手段１３を支持しているボールブッシュ１４ａの転がり点接触における極めて小さな転がり摩擦抵抗に抗して治具手段１３を回転させ、第１光学部材１の先端の平面に第２光学部材２の面が矯正されるようにして第１光学部材１と第２光学部材２の面合わせが実現する。同時に支持手段１４がＺ軸方向に移動して、各光学部材にあたえる歪み荷重を抑える。このようにして、図５（Ｂ）に示した面合わせの状態が得られ、この状態が固定手段１６によって保持・固定される。この状態でＹＡＧレーザー（不図示）を使用し、第１光学部材１と第２光学部材２を溶着固定する。
【００１４】
以上の実施の形態においては、治具手段１３は半球状としたが、支持手段１４のボールブッシュに接する可能性のある部分、及び、固定手段１６に接する可能性のある部分が、部分的に球形面を有している形状でもよい。
【００１５】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果が得られる。
（１） ボールブッシュによる極めて小さな転がり摩擦抵抗により、小さな押しつけ荷重にて面合わせが可能となり、治具手段を機械的に固定するため、溶着固定の際の各光学部材同士の位置ずれを防ぐことができる。
（２） ボールブッシュという汎用部品を使用することと、滑り摩擦でないために高精度な表面粗さの精密加工を施す必要がなく、装置製作が容易になる。
（３） 治具手段を載置した支持手段がＺ軸方向に移動することにより、各光学部材に歪みをあたえる荷重を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の面合わせ装置を示す説明図。
【図２】本発明による面合わせ装置の実施の一形態を示す斜視図。
【図３】ボールブッシュの構造を示す説明図。
【図４】本発明による面合わせ装置の実施の一形態を示す平面図。
【図５】本発明の動作を示し、（Ａ）は面合わせ前の状態を示し、（Ｂ）は面合わせ後の状態を示す説明図。
【符号の説明】
１ 第１光学部材
１ａ 光ファイバー
２ 第２光学部材
３ ホルダ
４ 支持台
５ 支持台ベース
６ 永久磁石
１３ 治具手段
１４ 支持手段
１４ａ ボールブッシュ
１４ｂ 弾性部材
１５ ガイド手段
１６ 固定手段
２１ シャフト
２２ 可動部
２３ リテーナ
２４ ボール
Claims (3)
- 第１光学部材を支持しながら第１軸の方向に移動する移動手段。
第２光学部材を支持して前記第１軸上の任意点を中心として球回転する、少なくとも固定手段との当接面が球面状の治具手段。
前記第１光学部材が前記第１軸の方向に移動して前記第２光学部材に当接するとき、前記治具手段の球面状の部位を３点で支持し前記治具手段を球回転させながら支持する支持手段。
前記第１光学部材が前記第１軸の方向に移動して前記第２光学部材に当接するとき、前記支持手段が前記第１軸の方向に可動する直動ガイド部材と、かつ前記第１光学部材と前記第２光学部材が当接する圧力を発生させる弾性部材を備えたガイド手段。
前記第１光学部材が前記第１軸の方向に移動して前記第２光学部材に当接するときに前記治具手段が球回転することにより前記第１光学部材と前記第２光学部材の当接面が整合した状態で、前記治具手段を保持する固定手段。
以上の移動手段と治具手段と支持手段とガイド手段と固定手段を具備することを特徴とする面合わせ装置。 - 前記支持手段に、ボールブッシュを前記第１軸と交わる平面上にかつ前記第１軸を中心に持つ正三角形に配置することを特徴とする、請求項１記載の面合わせ装置。
- 前記第１光学部材が前記第１軸の方向に移動して前記第２光学部材と当接し、さらに前記第１光学部材が移動した場合、前記 治具手段を支持した前記支持手段が前記第１軸の方向に、前記弾性部材の圧力方向に逆らいながら前記直動ガイド部材をガイドとして移動することを特徴とする、請求項１または２記載の面合わせ装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001362592A JP4011332B2 (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | 面合わせ装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003161866A JP2003161866A (ja) | 2003-06-06 |
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ID=19173071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|---|---|---|
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| JP6672129B2 (ja) * | 2016-12-01 | 2020-03-25 | プレサイスゲージ株式会社 | 回転機構 |
| JP6847903B2 (ja) * | 2018-10-03 | 2021-03-24 | プレサイスゲージ株式会社 | 回転機構 |
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2001
- 2001-11-28 JP JP2001362592A patent/JP4011332B2/ja not_active Expired - Fee Related
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